高山松的群体历史及其适应性进化研究

物种形成一直以来是进化生物学的一个中心议题。因为杂交能够快速创造出新的遗传变异和提高基因组重组率，加速物种形成和适应性进化，所以杂交物种形成是其重要的组成部分。但是直到最近几年，人们才逐渐意识到同倍体杂种形成的重要性和普遍性。此外，人工杂交种群结果证实了杂种的适应性起源于亲本基因的超亲分离现象，这些基因之间通过加和效应或上位效应相互连锁，并在杂种后代中逐渐固定，因此，探讨维持这种适应机制的杂种的连锁不平衡模式就显得尤为重要。到目前为止，关于自然杂种的核苷酸多态性和连锁不平衡结构的报道非常稀见，对杂种的进化历史知之更少。高山松能生长于亲本种不能正常繁殖生长的青藏高原上，这种极端环境为杂种的适应性进化和与亲本的生态隔离造就了绝佳的条件，其生态和生殖的稳定性极大地方便了我们研究植物物种形成和适应性进化的遗传机理，对高山松开展的生态学、遗传学的系列分析已使高山松成为同倍体杂种形成的经典范例。 该论文通过随机挑选7个核基因位点对5个高山松群体、3个油松群体和3个云南松群体的164个大配子体单倍体基因组进行了核苷酸多态性分析。研究发现：所有基因座位的单倍型组成和基因谱系的拓扑结构都支持高山松的多次杂交起源。高山松的平均核苷酸多态性与油松相当，θW达到0.0107;比云南松高出一倍;高于已报道的裸子植物类群遗传变异水平。高山松如此高的遗传多态性与其杂交特性和有效群体大有关。我们运用分子钟和共祖模拟分析，推测出高山松的有效群体为7.32 x 105。等位基因共祖时间模拟分析发现，杂交过程早于青藏高原的隆升，也即是说，在杂种稳定成种以前，两个亲本种之间存在广泛的渐渗杂交。此外，高山松杂种的群体间分化严重，并且在不同的群体中，我们找到了多个偏离中性的基因座位。由此说明，高山松复杂的进化历史和适应的策略区域化。 在显著偏离中性的基因座位上，选取群体历史清晰的高山松群体，对其全基因序列多态性和连锁不平衡结构进行了深入调查，以期找到选择作用位点或区域。Ara-like和Dhn1两个基因在高山松与亲本之间都没有发现固定变异。在高山松中，Ara-like基因和Dhn1基因核苷酸多态性式样和连锁不平衡结构存在明显差异，这说明在两个基因上选择作用的程度和方向不尽相同。 我们对Dhn1基因的多态性分布、LD结构和中性偏离水平进行了分析，结果表明，该基因可能在PdNX和PdLZ群体中受到平衡选择的作用。从Dhn1基因谱系结构可以看出有两种来源的等位基因造成这种平衡多态性，一种属于祖先类型，另一种是从云南松继承衍生而来。这两种等位基因之间的分化很大，极有可能造成编码蛋白的亚功能化。事实上，Dhn1编码的脱水蛋白在植物对环境的抗逆过程中发挥着重要作用。由此我们推测高山松在高海拔极端环境中的适应性进化与Dhn1基因的平衡作用有关。 对Ara-like和Dhn1基因进行HKA检测，结果表明，与Dhn1基因相比，在Ara-like基因上，双维管束亚属与单维管束亚属之间存在显著分化，沉默突变位点的分化Ksil达到了0.1392，远远高于平均水平0.0508;在双维管束亚属共发现了43个固定突变位点，其中有6个能导致氨基酸突变，它们有可能导致了Ara-like基因功能的分化。结合裸子植物近缘物种间共享多态性的普遍性，我们推测Ara-like基因可能在单维管束亚属中的进化速率加快，暗示其在单维管束亚属中的适应性进化。 最后，基因内连锁不平衡分析结果显示，随机筛选的基因座位之间不存在连锁不平衡。高山松平均的基因内LD程度非常低，仅有18%的信息位点之间显著连锁。平均基因内LD在油松和高山松中的衰减速率很快，尤其在杂种中下降最快，在不到200bp以内就降到0.1以下。 LD的结果印证了高山松的有效群体大和多次起源特性。另外，我们也怀疑杂交物种形成过程中染色体组的重组和重排频繁发生，也是造成自然杂种现有群体的LD水平低的一个主要原因。 通过LD衰减曲线估计高山松的平均单位重组率,比亲本油松高17倍，比云南松高45倍。这个结果表明，杂种共适应的基因间要维持超亲分离，需要强烈的自然选择压力，才能保持它们之间的连锁不平衡。

Distinctive Paleo-Indian Migration Routes from Beringia Marked by Two Rare mtDNA Haplogroups

Background: It is widely accepted that the ancestors of Native Americans arrived in the New World via Beringia approximately 10 to 30 thousand years ago (kya). However, the arrival time(s), number of expansion events, and migration routes into the Western

大西洋庸鲽Hippoglossus hippoglossus和大西洋鲑Salmo salar配子质量研究

种质问题是养殖健康发展的基础。在鱼类养殖中，卵子和精子的质量直接关系到受精、胚胎发育，仔稚鱼发育以及幼鱼生长等一系列过程。本论文针对大西洋庸鲽和大西洋鲑的配子质量进行研究。研究内容涉及大西洋庸鲽精子冷冻保存方法；促性腺激素释放激素类似物（GnRHa）使用对其精子冷冻保存效果、以及脂肪酸组成的影响；野生和驯养大西洋鲑卵子在脂肪酸、类胡萝卜素、矿物盐方面的差异比较。 精子冷冻保存通过提高对精子的利用效率，进而对于种质改良，推进鱼类养殖科研和生产具有重要意义。本实验建立了大西洋庸鲽精子大容量冷冻保存方法。八种抗冻剂冷冻保存实验结果表明：10% 及15% DMSO配以 HBSS 或KS 的抗冻剂组合冷冻保存效果最佳，4 mL体积冷冻保存可获得与1.6 mL同样的保存效果。 在繁殖季节后期注射GnRHa激素缓释剂，可获得质量稳定的大西洋庸鲽精液，将激素注射方法与精子冷冻保存方法相结合对于提高雄鱼利用率，扩大生产规模具有重要实用价值。本项研究分三个时间采集注射GnRHa激素后的雄鱼精子以及同期未注射激素的雄鱼精子，对所有精子样品使用同样的方法进行冷冻保存，检测冷冻保存后解冻精子的受精率与活力。结果表明，激素注射与否对于冷冻保存后精子的受精率和活力无显著影响，两类冷冻精液均达到鲜精水平。实验结果还表明，注射激素14天后的精子的密度显著的降低。说明GnRHa激素的使用可以显著降低精子密度，但不会影响精子的冷冻保存效果。 本相研究同时对注射GnRHa 缓释激素和未注射GnRHa 缓释激素的大西洋庸鲽精液脂肪酸成分进行分析，以检测该激素使用对精子生化组分的影响。结果表明激素的使用对在DHA (22:6n-3,二十二碳六烯酸)、EPA(20:5n-3,二十碳五烯酸)、AA(20:4n-6，花生四烯酸)等重要脂肪酸，不饱和脂肪酸、饱和脂肪酸以及n-3、n-6等重要种类的脂肪酸总量及其比例没有显著影响。精液脂肪酸中DHA含量最高，约占25%；PUFA约为44%。 作为世界性的重要养殖品种，野生和驯养大西洋鲑在形态、生化组成以及遗传 等方面表现出的差异被广泛关注。本论文，对野生和驯养大西洋鲑受精卵关键生化成分进行分析，通过与野生受精卵比较阐明驯养受精卵的质量状况，为亲鱼营养需求提供指导依据。本实验中野生配子和驯养配子的受精率没有显著差异，但重要脂肪酸组成、类胡萝卜素以及矿物盐含量都存在多方面显著差异。两类受精卵脂肪酸中含量最高的依次为18:1n-9（油酸）、DHA（二十二碳六烯酸）、16:0（棕榈酸）、EPA（二十碳五烯酸）。野生受精卵的单不饱和脂肪酸总量显著高于驯养受精卵，而多不饱和脂肪酸（PUFA）比例显著低于驯养的受精卵。在主要必需不饱和脂肪酸（EFA）中，DHA和EPA在野生受精卵中的比例高于驯养受精卵，AA（花生四烯酸）低于驯养受精卵。野生受精卵虾青素（Ax）的含量低于驯养受精卵而鸡油菌素（Cx）含量高于驯养受精卵。野生受精卵中多种矿物盐的含量（铝、铜、铁、硒和锌）含量显著高于驯养的受精卵。差别最大的为铜。诸多方面的差异表明，野生亲鱼与驯养亲鱼产出的卵子确实存在显著差异，因此关注亲鱼的营养极为重要。